《礦床學》課件第三章偉晶巖礦床【中國地質大學武漢】

PegmatiteOreDeposit第三章

偉晶巖礦床本章內容一偉晶巖礦床的概念二偉晶巖礦床的特點三偉晶巖礦床的成礦作用四偉晶巖礦床的形成條件五偉晶巖礦床的主要類型

在巖漿作用的晚期形成的、或其它成因的富含高揮發(fā)份的“殘余熔漿”，經(jīng)過結晶作用和交代作用形成粗大礦物集合體并產生有用組分聚集形成的礦床叫偉晶巖礦床。

一偉晶巖礦床的概念

電氣石鋰云母綠柱石水晶偉晶巖礦床的概念

各種成分的侵入體都具有其相應的偉晶巖產出。但是在地殼中分布最廣，具有最大工業(yè)價值的是花崗偉晶巖，其次是霞石正長偉晶巖。基性、超基性巖質的偉晶巖分布較少，工業(yè)價值也很低。

因此平常人們指的“偉晶巖礦床”一般指的是“花崗質偉晶巖礦床”。

此外，變質過程和混合巖化過程中還可形成“變質偉晶巖礦床”和“混合巖化偉晶巖礦床”。二偉晶巖礦床的特點

1.偉晶巖礦床產出的地質背景

偉晶巖礦床的產出與構造的關系密切，偉晶巖礦床可以產在地槽區(qū)，也可以產在地臺區(qū)。但大多數(shù)規(guī)模巨大的偉晶巖礦床都分布于地槽區(qū)的褶皺帶內。例如我國新疆阿爾泰地槽區(qū)、秦嶺地槽區(qū)、以及內蒙、四川等地的偉晶巖礦床。

有工業(yè)價值的偉晶巖礦床，其母巖侵入體大多數(shù)是花崗巖類，如黑云母花崗巖，白云母花崗巖，和二云母花崗巖。少數(shù)為堿性花崗巖。此外，原巖為長英質物質的變質巖和混合花崗巖也是常見的偉晶巖礦床形成母巖。

2.形成偉晶巖礦床的主要巖石類型

3.偉晶巖礦床的圍巖特征

偉晶巖脈的圍巖多為化學性質不活潑的透滲性不好的巖石，如變質巖、片麻巖、片巖、花崗巖，很少產于未經(jīng)變質的沉積巖及火山巖中。

偉晶巖體的產出形態(tài)多為脈狀體，故常稱“偉晶巖脈”,少數(shù)呈串珠狀、透鏡狀、囊狀。脈的大小變化很大，長一般幾米～幾十米，少數(shù)可達數(shù)百米；寬一般幾十厘米～幾十米，個別可達百米寬。

1.規(guī)則的脈狀；2.不規(guī)則的脈狀；3.透鏡狀；4.囊狀；5.串珠狀4.偉晶巖體的大小及形狀5.空間分布特征

偉晶巖在空間分布上明顯受到構造控制，常成群出現(xiàn)，成帶分布。

成千上萬條偉晶巖脈，大體相互平行，在一個區(qū)域內相對集中，構成“偉晶巖田”；若干個偉晶巖田斷續(xù)分布，延伸幾十到幾百公里，寬幾公里到10-15公里，構成“偉晶巖帶”。北貝加爾白云母區(qū)的白云母偉晶巖礦床（1—18）分布略圖1—復雜貫入體帶；2—正常貫入體帶；3—單一巖脈帶；4—白云母礦床帶；5—平移-逆掩斷層和平移-正斷層；6—深斷裂；7—偉晶巖的分布界限；8—偉晶巖富集程度不同的各帶界限；9—實驗的剪切應力線空間分布特征6.結構構造

1)結構

偉晶結構（巨晶結構）：晶體大小一般5～10㎝，但也有十分巨大的晶體，這方面的報導很多。例如，美國緬因洲一個綠柱石晶體重18噸，長5.5米。挪威一個微斜長石晶體重達100噸，大約有10米長，10米寬。一塊白云母面積寬達30平方㎡。鋰輝石晶體長14米。

又如，我國新疆發(fā)現(xiàn)重約60噸的綠柱石晶體，36.2噸的鋰輝石以及9噸的銫榴石晶體。

江蘇北部東海縣1958年挖到3.5噸的大水晶，83年又挖到3噸大水晶。

蘇聯(lián)烏拉爾的伊爾明，有一個天河石礦的整個采石場及礦山就坐落在一個龐大的天河石晶體上。結構結構文象結構：石英分布于長石晶體中，二者形成有規(guī)律的連晶，組成一種文字狀圖案。

細粒（晶）結構：礦物晶體<1㎝。

粗粒（晶）結構：礦物晶體10～1㎝。磁鐵礦粗晶細粒紫水晶晶簇結構

偉晶巖體內部具有分帶性，是偉晶巖脈的一個重要性質。在巖脈內，一般都有幾個帶，環(huán)繞內核作帶狀分布?；◢弬ゾr脈的內部構造（據(jù)費爾斯曼）1－花崗巖；2－長英巖帶；3－文象花崗巖帶；4－長石－石英帶；5－晶洞帶2）構造

偉晶巖礦床的分帶1－浮土；2－塊狀石英帶；3－塊狀微斜長巖帶內帶；4－小塊狀鈉長石帶；5－石英－鋰輝石帶；6－鋰輝石帶；7－石英－白云母巢狀體帶；8－塊狀微斜長石帶外帶；9－細粒鈉長石巢狀體帶；10－文象花崗巖帶；11－輝長巖；12－鋰云母帶例如我國新疆阿爾泰地區(qū)一條偉晶巖脈，由于具有良好的封閉條件，分異作用充分徹底，因而在巖鐘狀膨大處的偉晶巖脈體內可以劃分出多達10余個呈同心環(huán)狀的偉晶巖帶。遼寧海城長石偉晶巖剖面圖1－巖石碎屑；2－鉀長石片麻巖；3－輝綠巖；4－云斜煌斑巖；5－黑云母輝長片麻巖；6－斜長石中粒偉晶巖；7－文象帶；8－塊狀斜長石帶；9－石英核；10－塊狀微斜長石帶Ⅴ、長石－鋰輝石型偉晶巖

沒有文象帶和內核、交代作用非常強烈、主要由鈉長石、鋰輝石、石英和大量稀有金屬元素礦物構成的偉晶巖。此種偉晶巖構成重要的稀有金屬礦床。1—二云母花崗巖；2—微斜長石型偉晶巖；3—微斜長石鈉長石型偉晶巖；4—鈉長石型偉晶巖；

5—鈉長石鋰輝石型偉晶巖；6—鈉長石鋰云母型偉晶巖；7—類型分帶線；8—類型分帶編號

Ⅰ—微斜長石偉晶巖帶；Ⅱ—微斜長石-鈉長石帶；Ⅲ—鈉長石帶；Ⅳ—鋰輝石帶；Ⅴ—鋰（白）云母帶在水平及垂直方向上,甲基卡偉晶巖脈環(huán)繞二云母花崗巖體大致呈離心式帶狀成群分布。區(qū)內統(tǒng)計偉晶巖脈共498條,多產于二云母花崗巖體頂部外接觸帶,在內接觸帶僅22條。巖脈形態(tài)和產狀受成巖前及成巖期構造裂隙控制,在巖體內主要產于冷縮性質的縱、橫裂隙中,產狀陡。四川甲基卡偉晶巖空間分帶圖（1）邊緣帶：該帶與圍巖接觸，帶內礦物結晶不好，具典型的細粒結構（<1㎝），斷續(xù)不連。主要由長石、石英、云母組成，有時可見少量的石榴石、電氣石、綠柱石、偶見稀有元素礦物。其中金屬礦物不具工業(yè)意義。偉晶巖礦床的分帶一般說來，偉晶巖脈大體可分為四個帶：偉晶巖礦床的分帶（2）外側帶：礦物組成與邊緣帶基本相同。這一帶內綠柱石（Be）,白云母常具工業(yè)價值，礦物主要呈粗粒和文象結構；（3）中間帶：巖脈的主體部分，礦物成分復雜，除主要礦物之外，還含有大量金屬礦物等有用組分，如稀有、稀土、分散元素礦物等、綠柱石、鋰輝石，因此此帶是稀有稀土分散元素礦化最為集中的部位，具較大的工業(yè)價值。呈粗粒結構、文象結構和塊狀構造；

有時在實際工作中，根據(jù)工作的需要可進一步細分為多個亞帶。（4）內核：位于偉晶巖體的中心部位，常由結晶粗大的石英和長石組成，或僅由石英以及電氣石、鋰輝石等組成致密塊狀內核。有時亦可構成晶洞，可有質量較好的水晶產出。此外，在許多偉晶巖礦區(qū)，常有更晚期的裂隙充填-交代型石英脈疊加在上述各帶之上，而往往在這種具有充填-交代作用的脈中有更具工業(yè)價值的金屬組分。

偉晶巖礦床的分帶

花崗偉晶巖礦床的主要礦物成分與花崗巖母巖的差別不大，即主要由：

——石英、

——長石（斜長石、微斜長石、鈉長石、正長石），

——云母（黑云母、白云母）組成。這三大類礦物占偉晶巖礦體的90～95%左右。在偉晶巖中，大約集中了四十余種元素，其中稀散元素很多。組成偉晶巖的礦物亦多達300余種，比組成巖漿巖的成分要復雜得多。6.礦物、組分礦物、組分

據(jù)統(tǒng)計，我國各地偉晶巖中產出的稀散元素礦物主要有:

鋰礦物（Li）：鋰輝石、鋰云母、透鋰長石、磷鋰礦…

鈹?shù)V物（Be）：綠柱石、金綠寶石、硅鈹石、硅鈹釔礦…

鈮鉭礦物(Nb.Ta)：鈮鉭鐵礦、鈮鐵礦、鉭鐵礦、細晶石、褐釔鈮（鉭）礦…

稀土礦物（TR）：獨居石、鈮釔礦、褐簾石、氟碳鈰礦…

鋯鉿礦物（Zr-Hf）：鋯英石、曲晶石、水鋯石…

銫礦物：銫榴石銣礦物：天河石鈾釷礦物：晶質鈾礦、方釷石、釷石…

鈦礦物：榍石、金紅石、銳鈦是礦…

此外，還有錫石、黑鎢礦、輝鉬礦、磁鐵礦、輝銅礦等其它金屬硫化物，以及含有揮發(fā)份的礦物如磷灰石，黃玉，電氣石，螢石等。礦物、組分主要礦產有：

——稀有元素，稀土元素（REE），分散元素，放射性元素：Li.Be.Ta.Nb.Cs.Rb.Zr.Hf.La.Ce.U.Th.Y.

——長石、云母、水晶（石英）,

——寶石類：黃玉、水晶、綠柱石、電氣石、石榴石…三偉晶巖礦床的成礦作用

偉晶巖礦床是一種多期多階段形成的產物，它經(jīng)歷了一種十分復雜的地質演化過程?？偟恼f來，偉晶巖礦床的形成主要經(jīng)歷了以結晶作用為主的結晶作用階段和以交代作用為主的交代作用階段?；蛘哒f，在偉晶巖形成的早期，以結晶作用為主，在晚期則以交代作用為主。而不論是早期的結晶作用階段，還是晚期的交代作用階段，揮發(fā)份在偉晶巖礦床形成的整個過程中都起著十分重要的作用。

即在偉晶巖和偉晶巖礦床形成的早期，揮發(fā)份逐漸增多，在揮發(fā)份的影響下殘余的熔漿保持為液體狀態(tài)，構成所謂“花崗偉晶巖巖漿”。當溫度下降質800℃時，長石、石英、云母等主要礦物便從偉晶巖漿中結晶析出，構成偉晶巖脈的主體。

1.結晶作用

揮發(fā)份對花崗巖結晶的控制作用實驗相圖熔漿含H2O↑,礦物熔點↓,易形成富含揮發(fā)組分的熔漿,即偉晶巖漿.P↑,熔漿含H2O↑;結晶作用

在這時，僅有少量的綠柱石、鈮鉭鐵礦等含稀散元素的礦物結晶。

若此時構造活動超于穩(wěn)定狀態(tài)時，由于巖漿內部揮發(fā)份的影響，溫度下降緩慢，有利于巖漿房內結晶分異作用的進行，因此可形成粗大的晶體以及完好的帶狀構造。并且，長石和石英達到共結比，形成典型的文象結構。

在這一階段，交代作用不明顯，或處于次要地位。所形成的礦物主要是呈結晶方式析出的長石、石英、云母。稀有和稀土元素或進入礦物晶格或在揮發(fā)組份中殘留富集，有利于稀有元素偉晶巖礦床形成。結晶作用新疆可可托海采礦遺址

偉晶巖礦床的交代作用，主要發(fā)生在偉晶巖主體形成的后期。早先形成的巖石或礦物（長石、石英、云母）與殘存的氣液流體發(fā)生化學反應。早期形成的礦物分解，釋放出稀有或稀散金屬元素，有利于稀有金屬偉晶巖礦床形成。

2.交代作用花崗偉晶巖型錫稀有金屬礦床分帶模式圖1-黑云母二長花崗巖；2-二云母（白云母）鉀長石奧長石（早期鈉長石）偉晶巖；3-富鈹白云母鈉長石（奧長石）鉀長石偉晶巖；4-富鈹鈮白云母鉀長石鈉長石偉晶巖；5-富鋰銣銫鈹鉭（鈮）錫白云母鈉長石鋰輝石偉晶巖；6-富錫鉭（鈮）白云母鈉長石偉晶巖；7-前寒武系（或前泥盆系）綠片巖-低角閃巖相變質巖系含礦偉晶巖的類型：二云母-微斜長石-鈉長石型、白云母-微斜長石-鈉長石型、白云母-（微斜長石）-鈉長石-鋰輝石型、白云母-鈉長石型、鋰云母-鈉長石型，這些類型的偉晶巖常隨遠離花崗巖體依次呈帶分布。

3.偉晶巖礦床成礦過程演示

四偉晶巖礦床的形成條件

1.巖漿巖條件

富含揮發(fā)份的巖漿。以形成一系列富含揮發(fā)組分的結晶礦物為特點。如白云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2

，鋰云母K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(OH,F)2,電氣石(Na,Ca)(Mg,Fe,Mn,Al)3(Al,Mg,Fe)6Si6O18(BO3)3(OH,F)4

，黃玉Al2SiO4(F,OH)2

，獨居石NaAlSi2O6.H2O

，銫榴石（Cs,Na）[AlSi2O6].H2O

，褐簾石（Ca,Ce）2（Fe2＋,Fe3＋,Al）Al2[Si04][Si207]O（OH），氟碳鈰礦（Ce,La,Pr）[CO3]F2，水晶等。據(jù).斯米而諾夫巖漿巖條件造山中晚階段花崗巖及板內堿性花崗巖有利偉晶巖礦床形成。巖漿巖條件偉晶巖礦床是在巖漿結晶后期富含揮發(fā)份的殘余巖漿冷凝結晶、交代而成。甲基卡稀有金屬礦床成礦模式圖1-二云母花崗巖漿；2-偉晶巖漿；3-偉晶巖脈；4-偉晶巖類型界限；5-偉晶巖類型；6-構造裂隙；7-西康群地層⑴偉晶巖脈圍繞二云母花崗巖呈同心圓狀分布;(2)礦床的控礦構造是構造裂隙，特別是巖體內部賦存?zhèn)ゾr脈的構造屬于巖體收縮冷卻斷裂，這說明，偉晶巖的形成要晚于二云母花崗巖的形成;(3)根據(jù)巖體和偉晶巖的地質、地球化學和流體特征表明，二者為同一母巖漿發(fā)生液態(tài)不混溶作用的結果;(4)深部巖漿房內的偉晶巖熔體是在瞬間侵位的;偉晶巖脈多分布與巖體頂部、邊部及附近圍巖中。巖漿巖條件

偉晶巖與花崗巖體的關系示意圖（Cěrny,1991b）A-花崗巖體向外分離結晶，外圍為偉晶巖脈帶；B-偉晶巖脈產于由巖體冷卻產生的裂隙中；C-偉晶巖熔體在自母巖漿上升的過程中結晶成脈1）大地構造背景（控制成礦區(qū)域）：

a.前寒武地軸、地盾區(qū)－白云母偉晶巖帶（內蒙古土貴烏拉白云母偉晶巖礦床）；

b.顯生宙地槽褶皺帶（造山帶）－稀有金屬偉晶巖（新疆阿爾泰稀有金屬偉晶巖礦床）；

c.古板塊內部或邊緣深斷裂－堿性稀有金屬稀土偉晶巖（四川冕寧牦牛坪稀土偉晶巖礦床）；

2）區(qū)域構造部位（控制偉晶巖帶的分布）：——（相對減壓帶）

a.復背斜的軸部，尤其是地槽內部坳陷區(qū)中的隆起構造；

b.深大斷裂的上盤；

3）構造的交匯部位：控制偉晶巖群的分布；

4）次級斷裂、節(jié)理、片理：控制偉晶巖脈的分布及形態(tài)；2.構造條件區(qū)域構造及構造交匯部位對偉晶巖帶及偉晶巖礦田的控制北貝加爾白云母區(qū)的白云母偉晶巖礦床（1—18）分布略圖1—復雜貫入體帶；2—正常貫入體帶；3—單一巖脈帶；4—白云母礦床帶；5—平移-逆掩斷層和平移-正斷層；6—深斷裂；7—偉晶巖的分布界限；8—偉晶巖富集程度不同的各帶界限；9—實驗的剪切應力線斷裂及節(jié)理構造對偉晶巖脈的控制1—偉晶巖脈；2－東西向壓性斷裂；3－裂隙走向實線箭頭表示壓應力方向；虛線箭頭表示張應力方向；

據(jù)胡受奚等<礦床學>,1981

1)物理性能對偉晶巖脈形態(tài)的影響;2)化學成分對成礦的影響：如，去硅偉晶巖利于剛玉（Al203）的形成；富鈣圍巖利于褐簾石（Ca,Ce）2（Fe2＋,Fe3＋,Al）

Al2[Si04][Si207]O（OH）、鋰輝石（LiAlSi205）的形成； 富鎂圍巖不利于鋰、銫等元素富集成礦；3.圍巖條件

偉晶巖形成的物理化學條件屬于現(xiàn)代礦床學中最有爭議的問題之一。

1）溫度－－變化范圍很大

A.費爾斯曼認為花崗偉晶巖漿開始結晶溫度在800-7000C，而偉晶巖作用的主要階段為600－4000C；鄒天人等（1975）對我國新疆阿爾泰偉晶巖形成溫度研究表明其形成溫度為553－4650C；4.物理化學條件

H.葉爾馬科夫等對偉晶巖中連續(xù)晶出的礦物中的汽液包裹體測溫研究表明：黑云母結晶溫度為760-5000C，早期晶出的石英為600-5400C，白云母為500-4350C，綠柱石為500－4000C，爾后晶出的石英和黃玉為510－3000C，更晚期的石英為300－1300C，而紫水晶上的玉髓外殼為90－550C；盧煥章等（1996）對我國新疆阿爾泰偉晶巖不同相帶中礦物中的熔融包裹體、流體熔融包裹體和流體包裹體進行溫度測定，其結果表明熔融包裹體的均一溫度為700-9000C，流體熔融包裹體的均一溫度400-6000C，而流體包裹體均一溫度為300-5000C；物理化學條件物理化學條件

據(jù)в.施馬京的實驗資料，偉晶巖開始形成時壓力可達到800-500MPa，在作用結束時降到200－100MPa。與藍晶石－矽線石變質相有關的白云母偉晶巖形成壓力為800-750MPa，溫度650-6200C；與紅柱石－矽線石變質相有關的稀有金屬偉晶巖形成壓力為500-450MPa，溫度為670-5200C；偉晶巖礦床形成深度變化于：1.5-10余公里；其中，1.5-3Km(水晶的形成深度)；3.5-7Km（稀有金屬的）；7-11Km（云母的）；大于11Km（陶瓷原料的）；2）壓力－－變化范圍同樣很大五偉晶巖礦床的主要類型

在實際工作中，人們從不同的角度，根據(jù)不同的標準和原則，強調不同的因素，提出各種不同的分類方案。下面以花崗偉晶巖為例，介紹其中的幾種主要分類方案。1）簡單偉晶巖：礦物成分簡單，長石、石英、云母，交代不明顯。

2）復雜偉晶巖：礦物成分復雜，長石、石英、云母，還有大量含揮發(fā)份及稀散元素的礦物，交代作用明顯。1.根據(jù)偉晶巖礦物復雜程度分類2.根據(jù)偉晶巖的成分與圍巖的關系分類

1）單純偉晶巖：與圍巖成分一致，如圍巖為片巖、